觀點討論:排水管網(wǎng)流量測量的難點和面臨的挑戰(zhàn)
觀點討論:排水管網(wǎng)流量測量的難點和面臨的挑戰(zhàn)
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排水管網(wǎng)流量測量的特點
流量測量技術(shù)是為測量目的服務(wù)的。不同的流量計有不同的適用范圍 , 可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和測量精度要求,選擇不同的 流量計。
廠站網(wǎng)河一體化項目,尤其是重力排水管,是智慧水務(wù)關(guān)注的重點。重力排水管流量測量,其實是流量測量中非常小的應(yīng)用領(lǐng)域,但有其特殊性。其特殊性體現(xiàn)在:①管徑越大的管道,埋深越深,流速越快;②管道底部通常有污泥沉積;③滿管/非滿管交替運行;④懸浮物濃度波動大,異物/油脂和雜質(zhì)多導(dǎo)致傳感器容易被纏繞和覆蓋,懸浮物以及衛(wèi)生紙等雜質(zhì)會對測量造成干擾;⑤隨著提質(zhì)增效的推進,管網(wǎng)里的CH 4 和H 2 S等濃度不斷增加;⑥安裝點的選擇等。
由于適用性的問題,目前重力排水管流量測 量 的主力產(chǎn)品是超聲波流量計 。 市政行業(yè) 的 超聲波流量計特指超聲波連續(xù)多普勒流量計、超聲波脈沖多普勒流量計和超聲波互相關(guān)流量計。
排水管網(wǎng)流量計的建模問題
從測量原理分析,應(yīng)用于排水管網(wǎng)流量測量的超聲波流量計 ,都是測量過流斷面實時的 局部速度 ,區(qū)別在于局部流速的 精度 、 是否對每個局部顆粒準(zhǔn)確定位 、 數(shù)量 ,以及找到這些局部速度和斷面平均速度相關(guān)聯(lián)的方法——流量計建模。
流量計的數(shù)學(xué)模型需要:
? 可以用于實時數(shù)據(jù)處理;
? 模型 計算的時間不應(yīng)超過幾毫秒。
流量計的數(shù)學(xué)模型受以上 因素 的影響。尤其要重視實驗室( 基于受控 的 穩(wěn)定和擾動條件下) 數(shù)據(jù)和現(xiàn)場( 接近穩(wěn)定和擾動的流動條件 )數(shù)據(jù)的收集和整理, 需要配置龐大的 實驗室數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫,并不斷迭代。
事實上,大量和 有效 的實驗室數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫是目前的薄弱 環(huán)節(jié) 之一,需要時間和認(rèn)真態(tài)度,一點一點 地 加以解決。
排水管網(wǎng)流量計實際使用中需要解決的問題
排水管網(wǎng)的特殊性導(dǎo)致 流量計實際使用中 出現(xiàn) 以下 困難:
(1) 管徑 越大的管道 , 埋深越深且流速越快
? 大直徑的管道,檢查井大多采用沉井施工,通常需要安裝工人進入檢查井安裝;
? 如果檢查井高水位,則需要考慮潛水員施工,會大幅 增加施工難度和施工風(fēng)險 。
(2) 管道底部通常有污泥沉積
? 如果采用L桿將傳感器抬高安裝,避免傳感器被污泥覆蓋,會導(dǎo)致安裝和維護工作 非常頻繁( L桿的維護間隔 一般 為 2 ~ 3天);
? 如果傳感器偏心安裝, 需要 解決測量誤差急劇放大的問題;
? 需 調(diào)整測量界面設(shè)置,降低沉積物高度波動導(dǎo)致的過流斷面面積測量誤差 。
(3) 滿管/非滿管交替運行
? 需 解決低于傳感器測量盲區(qū) 的流量測量問題;
? 需 解決滿管情況下,多普勒流量計滿管測量誤差大的問題;
? 需 解決“奈奎斯特限制”導(dǎo)致的多普勒流量計測量高度有限 問題 。
(4) 懸浮物濃度波動大 , 異物/油脂和雜質(zhì)多導(dǎo)致傳感器容易被纏繞和覆蓋 , 懸浮物以及衛(wèi)生紙等雜質(zhì)會對測量造成干擾
? 懸浮物濃度高,會直接影響多普勒流量計的測量效果;
? 油脂,尤其是油+泥混合物,覆蓋傳感器表面,會影響傳感器的正常工作,尤其在餐飲重油的城市和區(qū)域表現(xiàn)明顯;
? 水中的衛(wèi)生紙會“吸收”超聲波,導(dǎo)致測量誤差,尤其在小區(qū)排水管網(wǎng)中體現(xiàn)明顯;
? 排水管網(wǎng)中存在大量的頭發(fā) 等絲狀物,如果纏繞在L桿或傳感器上,會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)波動, 甚至 無法正常測量 。、
(5) 隨著提質(zhì)增效的進展,管網(wǎng)里的CH 4 和H 2 S等濃度不斷增加
? 管網(wǎng)里的CH 4 和H 2 S等濃度不斷增加,提高了對操作工人的防護要求;
? 隨著CH 4 濃度不斷增加,對傳感器、變送器和電池等提出防爆要求;
? 隨著H 2 S濃度不斷增加,對傳感器和變送器的密閉性提出更高要求,否則容易造成腐蝕和設(shè)備快速損壞。
(6) 安裝點 的 選擇
? 管網(wǎng)的流場受到平直段長度、液位、管道粗糙度、污泥高度和流速等影響,每時每刻都在波動,波動范圍大,安裝位置 直接影響測量效果;
? 需 解決 不同平直段長度 的 流量計 安裝 問題 ;
? 需 解決 不同尺寸和埋深的管道、渠道、箱涵 的 流量計 安裝 問題 。
這些實際使用中發(fā)現(xiàn)的問題,涉及 傳感器的測量原理選擇、系統(tǒng)設(shè)計、材料優(yōu)化、生產(chǎn)工藝、安裝方法及CFD建模、產(chǎn)品的迭代改進 等。
排水管網(wǎng)流量計的標(biāo)定和校核問題
針對 排水管網(wǎng)流量計 在 使用 中 遇到 的上述問題, 對 其 進行 標(biāo)定和校核就尤顯重要。從行業(yè)角度,需要考慮:
? 建立和健全流量計的在線校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn);
? 建立和健全流量計的定期校核制度;
? 實現(xiàn)底層傳感器的在線定期校準(zhǔn)。
排水管網(wǎng)流量計的標(biāo)定和校核,有相當(dāng)多的工作需要填補和完善。
綜上所 述 ,排水管網(wǎng)流量計在測量方法的選擇、傳感器數(shù)學(xué)建模的 有效 實驗室數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)積累、使用中存在的問題、標(biāo)定和校核等方面,需要做的工作還有很多;這些 需要行業(yè)同仁十年乃至數(shù)十年的不斷努力,而絕非一兩年之功!
由此 可見 , 排水管網(wǎng)流量測量任重而道遠(yuǎn)。
撰文:王 強
編輯:衣春敏
制作:文 凱
審核:李德強
《中國給水排水》雜志2023年征訂啟事回執(zhí).doc
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